| 研究課題/領域番号 |
18H04130
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
山中 康裕 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (40242177)
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| 研究分担者 |
平田 貴文 北海道大学, 地球環境科学研究院, 特任准教授 (80576231)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 植物プランクトン / 海洋大循環モデル / 亜表層クロロフィル極大 / 北極海 / 一次生産 |
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| 研究実績の概要 |
次世代モデルで亜表層クロロフィル極大の緯度分布（亜熱帯では深度100m以下、亜寒帯では40m）の再現に成功した理由を本年度に調べた。次世代モデルには周囲の環境変化に応じて、植物プランクトンが細胞内クロロフィル量を変化させる適応メカニズムが組み込まれている。従来モデルと異なり、光の少ない環境では細胞内クロロフィル量を増加させることにより、受け取る光の量を増やすことが出来る。次世代モデルでは、亜熱帯において深度100mの細胞内クロロフィル量が海表面の10倍以上に増加していた。つまり、亜熱帯の亜表層クロロフィル極大は光の少ない環境に植物プランクトンが適応した結果であり、バイオマスがここで極大になっている訳ではない。一方、亜寒帯では中深層の細胞内クロロフィル量が海表面の2~3倍程度にとどまっている結果、亜熱帯より遥かに浅い場所に亜表層クロロフィル極大が形成されることが解った。
北極海の変平均硝酸塩濃度は2 μmol/L以下であるが、次世代モデルはこれに近い値を再現出来た。従来型モデルでは約8 μmol/Lであり、観測とかけ離れていた。北極海は気候変動の影響が全海洋で最も早く表れると予測されており、精力的な研究が行われているが、世界中のどのモデルでも栄養塩濃度の再現性が低い点が研究のボトルネックとなっていた。我々の成果はボトルネックの解決に大いに貢献できる。
また、全海洋の一次生産についても、従来型モデルでは約19 GtC/yearであったが、新しいモデルでは約38 GtC/yearとなり、衛星観測に基づく推定値50.7 GtC/year (Carr et al.. 2006)に近くなった。次世代モデルには植物プランクトン炭素・窒素比がレッドフィールド比からずれる効果を導入しており、これが一次生産量の改善に大きく貢献している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
昨年度は植物プランクトンモデルの改良・チューニングを行った。これによって、観測値に近い栄養塩濃度を維持して数十年間の計算を行うことが可能になった。また、植物プランクトンのクロロフィル再現性が従来モデルに比べて著しく上昇した。特に亜表層でクロロフィルが最大値を取る深度が緯度によって大きく変化する現象を世界で初めて3Dモデルで再現する事が出来た。
今年度は、当初計画では植物プランクトン数百種を表す多様性モデルで現在気候実験を行い、結果を従来型モデルと比較する予定であった。昨年度の結果を受けて予定を変更し、特に新しいモデルで亜表層クロロフィル極大の再現性が高い理由を調べた。従来の研究では、亜熱帯の亜表層クロロフィル極大の形成に細胞内クロロフィル量が重要であることは、示されていたが、他の海域のクロロフィル極大は別のメカニズムが寄与していると考えられてきた。我々の研究は、全ての海域でクロロフィル極大の形成は細胞内クロロフィル量の変化で説明できることを明らかにした。また、全海洋の炭素吸収量についての新たな知見、北極海の栄養塩分布の再現性についての新たな知見も得られているので、計画の変更は適切であり、十分な成果が得られたと考えるが、当初の計画進捗から見ると、やや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度行った解析によって、様々な新しい知見が得られており、これらの成果を論文に纏める。亜表層クロロフィル極大の再現に成功し、その形成メカニズムを明らかにした論文は現在執筆中であり、数か月以内に完成させ、投稿する予定である。また、植物プランクトンの炭素・窒素比のレッドフィールド比からのずれが全海洋の炭素吸収に与える影響を量的に明らかにした論文、植物プランクトンの環境への適応が北極海の生産や栄養塩濃度分布に及ぼす影響に関する論文も計画中である。
論文執筆と並行して、来年度は植物プランクトン数百種を表現する多様性モデルによる現在気候実験も行う。現在気候実験では、実際にグローバル種とマイナー種が形成されているか確かめると共に、どのような形質の違いが原因で生息域が決まっているのか明らかにする。更に衛星観測に基づいて得られた植物プランクトン機能群グループ（珪藻等）の空間分布をモデルの空間分布と比較することで、これらの機能群がどのような形質を持っているか明らかにする。さ来年度以降に行う気候変動実験では「広範囲に生息するグローバル種は生息域の移動で済むが、生息域の狭いマイナー種では絶滅種がでる」という仮説の検証を行う。
また、従来型のモデルに比べて再現性の高いモデルが出来たので、何人かの研究者から使ってみたいという要望を受けている。来年度はこのような研究協力の話も進める予定である。
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